软土隧道的地表移动和变形

浅埋隧道日益增多，软土地层中隧道在开挖时，隧道上的地表土和隧道两侧的地层都向洞内变形，本文提出一种简单的分析方法，预测圆形隧道周边变形和地表沉降的分布形式及规律.     

小半径曲线盾构施工对周边土体位移的影响

为研究小半径曲线盾构施工对周边土体地表沉降和深层水平位移的影响,采用现场实测和有限元分析法对曲线盾构施工进行全过程模拟,分析了隧道曲率半径和千斤顶不平衡推力对隧道周边土体位移的影响.研究结果表明:曲线盾构施工会造成横向地表沉降最大值位置向曲线内侧偏移,地表沉降槽呈非对称性;在曲率半径250～500 m内,地表沉降最大值及其偏移量随曲率半径的减小而增大;在左、右侧千斤顶推力比1～2.5内,地表沉降最大值及其偏移量与推力比的增大呈正相关;与直线盾构隧道不同,曲线隧道左右两侧土体水平位移变形呈非对称性,曲线外侧土体受盾壳的挤压作用,背离隧道移动;曲线内测土体因刀盘超挖,土体卸载,位移朝向隧道方向.研究结论对类似工程的施工有指导意义.     

复杂条件下连拱隧道洞口塌方成因及加固技术

栎斜隧道是宁波象山港大桥公路中的一座双向四车道连拱隧道,出口段存在明显的偏压现象,围岩较破碎,地质条件复杂.左洞出口段遇大雨侵蚀后围岩变形突然增大,变形速率加快,致使洞口出现塌方.通过对塌方段主客观原因的分析,采用洞口刷坡、打设长管棚并喷射混凝土的综合方法加固处理.同时在处理段洞内增设监测断面进行周边收敛位移、拱顶下沉和地表沉降监测等监控手段,并与数值模拟结果对比分析.监控量测和数值模拟结果基本相同,表明处治措施得当,隧道洞口围岩基本趋于稳定,效果良好,为类似工程提供参考.     

浅埋偏压小净距隧道围岩变形影响因素数值模拟研究

通过有限元数值模拟软件模拟了浅埋偏压小净距隧道在不同间距和不同埋深条件下的开挖,研究了隧道间距和埋深对隧道围岩变形的影响。结果表明:隧道的最大变形出现在拱顶,但并不在拱顶的正中间,而是中间偏右侧;右侧隧道的拱顶、拱底和侧墙等部位的位移均比左侧隧道的大;随着隧道间距的增大,地表沉降值不断减小,而拱顶下沉累计沉降量先减小后增大;随着隧道埋深的增大,拱顶沉降量增大,地表沉降累计值减小。     

南宁地铁盾构双线隧道地表沉降预测模型研究

依托南宁地铁2号线土压平衡盾构施工的双线隧道,通过对施工现场地表沉降的监测分析,揭示了双线隧道左、右线先后开挖过程中的地表横向沉降规律与地表沉降变形的历时变化规律。在此基础上,采用Peck沉降槽理论,考虑双线隧道盾构施工的相互影响,引入左线隧道施工对右线隧道地表沉降影响系数和右线隧道施工对左线隧道地表沉降影响系数,并提出这两个影响系数的确定方法,对相互影响范围内的双线隧道地表沉降公式进行修正,从而提出了一种采用分段函数形式表达的地铁双线隧道盾构施工引起地表沉降的预测模型,并验证了该预测模型的可靠性。     

深基坑开挖对周边地表沉降变形的影响

为有效控制基坑周边地表的沉降变形,应用弹塑性大变形理论与有限差分理论,对哈尔滨地区桩-锚支护形式下深基坑开挖引起的周边地表沉降进行了数值模拟,分析了开挖深度、锚杆层数、建筑物距离对基坑周边地表沉降变形的影响规律及基坑周边地表沉降变形的量化范围。结果表明,基坑周边地表的沉降量与沉降范围随锚杆层数的增加而减小;建筑物的存在不仅增大了地表的沉降量,而且使基坑周围地表的最大沉降区向基坑方向移动;当建筑物与基坑的距离小于1.0倍基坑设计开挖深度时,建筑物距离对地表沉降变形的影响较明显;基坑开挖对周边地表的影响范围基本在与基坑边缘相距1.5倍基坑设计开挖深度范围之内。     

紧邻运营地铁进行基坑施工的影响因素研究

基于上海地区某深基坑工程施工方案,建立了紧邻运营地铁隧道的基坑开挖变形影响的有限元数值模型,重点分析了基坑围护支撑的数量和位置、基坑土体加固、地铁隧道位置、隧道下卧层土体和地下连续墙刚度对基坑周边地层以及隧道变形的影响.结果表明:基坑围护支撑数目及位置的选择对周边地层和隧道变形产生影响较大;隧道的存在对土体沉降具有"遮拦效应",在一定程度上能够减少坑外土体沉降;增加下卧层土体模量和地下连续墙的刚度可减少坑外地表沉降,有效控制地铁隧道的变形.     

黄土地铁隧道施工围岩及地表变形规律研究

以西安地铁3号线某暗挖站区间双线地铁隧道施工为背景,采用有限差分软件FLAC3 D建立土体三维力学模型对双线地铁隧道台阶法施工过程进行动态模拟;并结合现场实测数据分析台阶法施工引起的地铁隧道围岩及地表变形规律。结果表明:(1)台阶法施工诱发的横向地表沉降呈"V"形,最大地表沉降出现在隧道中线偏右方约3 m,最终形成的沉降槽宽度约为隧道洞径的2倍。(2)台阶法施工诱发的纵向地表沉降在开挖面前地表沉降量最大,随着开挖掌子面距离越远,沉降量越小,最后在开挖进尺40 m附近趋于稳定。(3)隧道拱顶纵向沉降曲线与地表沉降变化趋势基本一致。帮部围岩变形呈现出先快速增长后逐渐平稳的趋势,且影响范围逐渐增大。所得结论可为双线地铁隧道施工和变形预测提供参考。     

隧道穿越方式对地表建筑物变形影响的数值分析

以某地铁隧道穿越地表建筑的工程项目为依托,通过隧道不同穿越角度和偏心比条件下的数值仿真计算,分析隧道穿越方式对地表建筑基础及结构变形形态的影响.计算结果表明:隧道以不同角度和偏心比条件穿越时,地表建筑基础的沉降过程和分布形态差异明显.随着穿越角度的减少,建筑基础沉降最大增幅达37.3％,基础最 大沉降位置偏移,沉降分布形态由对称分布逐渐向单侧倾斜,横向相邻柱基沉降差迅速增大,纵向相邻柱基沉降差变化较小;建筑物倾斜值增加明显,最大增幅约10倍.随着隧道偏心比的增大,即隧道逐渐偏离建筑中心,一侧基础沉降增大,最大增幅1.64倍,另一侧基础沉降减少,最大降幅1.24倍,基础最大沉降位置由建筑中心转向侧墙,沉降分布形态由对称分布向单侧倾斜,横向相邻柱基沉降差基本不变,纵向相邻柱基沉降差明显增大,最不利情况出现在偏心比为0.8时.偏心比的改变对建筑物横向倾斜影响较大,对建筑纵向倾斜影响较小.     

黄土地铁隧道施工围岩及地表变形规律

以西安地铁3号线某暗挖站区间双线地铁隧道施工为背景,采用有限差分软件FLAC3 D建立土体三维力学模型对双线地铁隧道台阶法施工过程进行动态模拟;并结合现场实测数据分析台阶法施工引起的地铁隧道围岩及地表变形规律。结果表明:(1)台阶法施工诱发的横向地表沉降呈"V"形,最大地表沉降出现在隧道中线偏右方约3 m,最终形成的沉降槽宽度约为隧道洞径的2倍。(2)台阶法施工诱发的纵向地表沉降在开挖面前地表沉降量最大,随着开挖掌子面距离越远,沉降量越小,最后在开挖进尺40 m附近趋于稳定。(3)隧道拱顶纵向沉降曲线与地表沉降变化趋势基本一致。帮部围岩变形呈现出先快速增长后逐渐平稳的趋势,且影响范围逐渐增大。所得结论可为双线地铁隧道施工和变形预测提供参考。     

越江隧道泥水盾构施工引起地层移动的有限元分析

以武汉越江公路隧道为工程背景,建立了考虑衬砌结构与土体变形耦合作用的分析模型,并对单洞、双洞开挖进行了有限元分析.模拟结果表明:与有限元分析最大沉降相比较,Peck公式的预测值一般偏大;在相同埋深的情况下,单洞和双洞开挖引起的地面水平槽的峰值先后出现在3个区域,而这3个区域对于建筑物来说是最危险的区域;随着隧道埋深的增加,地面移动槽的宽度增大但峰值减小,沉降槽峰值位置不变,而水平槽最终峰值位置远离两隧道中心,即对于地面建筑物最危险的区域随着隧道埋深而变化.此结论可为设计、施工提供参考.     

地裂缝隧道衬砌结构与围岩相互作用机理

针对台凹型活动地裂缝正交区间隧道,通过有限差分数值方法模拟地裂缝区间隧道的开挖施工、分缝衬砌结构与地裂缝上下盘之间相对错动,从地表和衬砌的沉降位移、围岩位移场、围岩土压力以及衬砌结构内力方面分析了隧道结构与围岩的变化特征.结果表明：台凹型活动地裂缝不均匀变形主要发生在上盘内地裂缝一定范围的地层内;分缝衬砌结构端部的拱顶土压力呈现出集中增大和减小的变化特征,上盘内地裂缝附近仰拱底的土压力出现松弛;变形缝两侧衬砌结构的端部出现轴向应力集中现象.分缝衬砌结构一方面能够适应地裂缝错动位移,避免结构内力过大而引起强度破坏;另一方面,能够抑制地层的不均匀沉降变形,使得地裂缝处变形缝两侧衬砌结构的相对位移减小,并改善地裂缝区间隧道的运行条件.     

某水工隧洞衬砌裂缝开度计算及裂缝机理分析

结合某水工隧洞衬砌所发生的裂缝情况，通过现场调查获取了第一手资料，并经过分析和计算，取得了水工隧洞衬砌裂缝开度计算及裂机理分析成果。计算结果与原型观测资料相比吻合良好。该研究对水工隧洞衬砌裂缝开度计算及裂缝机理分析具有参考价值。     

隧道渗流引起的孔压变化及地层和隧道沉降

基于复变函数的映射变换,在考虑衬砌作用的前提下,推导了稳定渗流时浅埋隧道周围土体中孔隙水压力分布、地层和隧道长期沉降的解析表达式,并将其运用到上海地铁盾构隧道中,重点分析了不同渗流条件下的孔隙水压力分布及地层和隧道长期沉降发展规律.研究表明,土体与衬砌的相对渗透系数对隧道和地层沉降发展影响显著,不同相对渗透系数引起的渗流量不同,渗漏量不同是影响隧道周围孔压分布及沉降发展的关键因素;地表和隧道的沉降随渗流量的增加线性增加,因此在盾构隧道运营期间,应加强对隧道渗漏水的检测,及时采取补漏措施.     

隧道衬砌变形引起的地层位移规律探讨

采用数值分析方法研究了隧道衬砌在土水压力的作用下,断面所产生的椭圆化变形引起的地层位移规律,并基于随机介质理论,给出了计算隧道椭圆化变形引起地层位移的方法。通过实例计算对所建议的方法给予了说明,指出衬砌受压变形造成的地层位移是地表沉降槽曲线偏离高斯分布规律的重要原因之一。     

西安地铁盾构下穿古城墙沉降分析及加固效果

为研究双线盾构下穿过程诱发地表沉降的规律及上部古城墙的变形特征,依托地铁4号线区间隧道下穿和平门古城墙工程,通过数值模拟和现场测试手段对沉降及加固效果进行分析。结果表明:在袖阀管注浆加固及门洞钢拱架支护等作用下,城墙地基区域地表沉降值减小4mm,城墙结构沉降减小约2.2mm,避免了地基局部隆起过大和倾斜率超限;城墙地基区域加固工况下地表横向沉降曲线为宽而浅的单峰沉降槽,未加固工况下表现为窄而深的双峰沉降槽;左、右线隧道施工存在相互影响,且变形稳定后右线隧道地表沉降峰值大于左线。现场实测与数值计算的结果吻合良好,分析方法和研究结果可为日后黄土地区类似的盾构穿越工程提供有益的参考。     

临近城市高层建筑隧道基坑围护结构变形控制

以新苔井山隧道右线明挖段近接小区高层建筑(构)为背景,通过FLAC3D模拟明挖隧道近接高层建筑的施工过程,主要对围护结构、地表沉降、建筑沉降、基坑底部隆起等进行系统分析,并将结果与现场监测数据进行对比。结果表明：(1)围护结构的变形属于复合型变形,最大水平位移为23.32 mm;(2)地表沉降为动态变化过程,无建筑侧沉降变形形式符合正态函数;(3)建筑距离基坑距离越小,沉降值越大,反之越小,最大沉降值为5.39 mm;(4)底板的施作对于基坑隆起有很好的抑制作用,整体变形表现为M形,周边土体的整体变形趋势都是向应力缺失的方向。     

基于图像结构信息的隧道衬砌裂缝实时快速识别

裂缝是隧道衬砌最常见的病害之一,裂缝检测是后期隧道养护的前提。在图像采集过程中对隧道衬砌裂缝进行实时快速识别,对提高隧道病害检测效率具有重要的意义。针对传统的裂缝图像识别方法存在运行速度慢、效率低等缺点,提出基于图像结构信息的隧道衬砌裂缝实时快速识别方法。首先将图像结构信息用图像像素的灰度均值、标准差和结构元素掩码表示,随后采用不同方向的结构元素掩码对采集的当前图像进行卷积运算,并计算当前图像与样本图像之间的亮度信息和对比度信息,最后计算图像结构信息因子,可实时快速识别出衬砌裂缝,并通过接受者操作特征曲线估计最优参数和最佳阈值。现场实验结果表明,算法的识别时间远小于图像的采集和存储时间,识别速度快且准确性高,可显著提高隧道衬砌病害的检测效率,具有一定的工程应用价值。     

黄土地层盾构隧道开挖对地表沉降影响的有限元分析

基于黄土地层，采用邓肯-张非线性弹性本构模型，考虑盾构隧道开挖过程对周边建筑物的影响，建立了盾构隧道衬砌与土体相互作用的有限元计算模型．对黄土地层中盾构隧道外径和埋深及其与邻近建筑物的距离对地表及相邻建筑物沉降的影响规律进行了数值分析，结果表明：在相同盾构外径下，地面沉降随隧道埋深的增加几乎呈线性减小趋势；在相同隧道埋深下，地面沉降随盾构外径的增加几乎呈线性增大趋势；无论盾构外径如何，隧道顸部及相邻建筑物处的地表沉降值均随隧道和建筑物水平距离与盾构外径比的增大而减小，也随隧道埋深的增大而减小．文中给出了受沉降影响较大的范围，可为地下工程施工时对周边建筑物及地基采取加固措施提供理论依据，并为西部地区的地下工程建设提供参考．     

盾构近距穿越桥梁施工对地表及桥梁桩基的影响

结合某地铁区间隧道盾构施工近距穿越桥梁桩基的复杂条件,选取桥台与桥墩基础影响最大断面,对盾构施工引起地表沉降及桥梁桩基的变形、应力及内力进行三维数值模拟计算。结果表明:①双线隧道盾构推进引起地表最大沉降位于双线隧道中间某处,大于单线隧道引起的地表最大沉降,地表沉降随着两条隧道间距的减小而增加;②右线隧道盾构施工引起B0C0桥台桩基近隧道边桩产生的最大变形与内力均发生在距桩顶13 m处,最大横向挠曲变形、纵向挠曲变形分别为2. 0、4. 8 cm,边桩内力致使桥台桩基超出承载能力,承台发生倾向隧道一侧的倾斜和水平面内扭转,严重影响桩基的安全;③双线隧道盾构施工引起B7C7桥墩桩基近隧道边桩桩顶处产生最大位移,最大横向水平位移、纵向水平位移分别为2. 6、5. 2 cm,右侧桥墩桩基承台产生的最大横向水平位移、竖向位移、纵向水平位移分别为3. 2、3. 4、4. 6 cm,承台发生倾向隧道一侧的倾斜和水平面内扭转,倾斜值为0. 001 8,接近规范规定的允许值,盾构施工时须引起注意。基于上述分析结果,提出盾构近距推进时的施工监测及施工参数调整的建议。